UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS PONTA GROSSA
RAFAEL JOSÉ DWORAK WILLIAN RICARDO DOS SANTOS
SOFT STARTER Trabalho apresentado como parte da avaliação da disciplina de Elementos de máquinas ope do 5º período do Curso Superior de Tecnologia em Fabricação Mecânica. Profº Salgado
PONTA GROSSA MAIO/2010
Soft starter Objetivos Apresentar o princípio de funcionamento do soft starter, suas características e relações básicas, bem como as principais aplicações práticas,formas de controle da velocidade e métodos de partida e parada programáveis, relacionando essas características com as necessidades desejadas na aplicação.
Introdução teórica Soft-starters são utilizados basicamente para partidas de motores de indução CA (corrente alternada) tipo gaiola, em substituição aos métodos estrela -triângulo, chave compensadora ou partida dir eta. Tem a vantagem de não provocar trancos no sistema, limitar a corrente de partida, evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções. Estas chaves contribuem para a redução dos esforços sobre acoplamentos e dispositivos de transmissão durante as partidas e para o aumento da vida útil do motor e equipamentos mecânicos da máquina acionada, devido à eliminação de choques mecânicos. Também contribui para a economia de energia, sendo muito utilizada em sistemas de refrigeração e em bombeamento. Uma das causas da grande expansão do uso de microprocessadores é o seu custo reduzido. Com o passar dos dias descobrem -se novas aplicações. O seu manuseio já se encontra bastante facilitado, fazendo com que novos equipamentos sejam desenvolvidos sem grande esforço. Os microprocessadores atuais são versáteis e consomem pouca energia. Dessa forma pode-se desenvolver equipamentos de pequeno porte com baixo custo operacional. Estes equipamentos podem substituir a mão de obra humana m uitas vezes utilizada em tarefas repetitivas. Por esses motivos, o circuito de controle de um soft-starter usa microcontroladores / microprocessadores.
Desenvolvimento As soft-starters que, através de comando microprocessado, controlam tiristores que ajustam a tensão enviada ao estator do motor. Desta forma, consegue -se, de um lado, aliviar o acionamento dos altos conjugados de aceleração do motor de indução e, de outro, proteger a rede elétrica das correntes de partida elevadas. As chaves de partida estática são chaves microprocessadas, projetadas para acelerar (ou desacelerar) e proteger motores elétricos de indução trifásicos. Através do ajuste do ângulo de disparo de tiristores, controla -se a tensão aplicada ao motor. Com o ajuste correto das v ariáveis, o torque e a corrente são ajustados às necessidades da carga, ou seja, a corrente exigida será a mínima necessária para acelerar a carga, sem mudanças de freqüência. Algumas características e vantagens das chaves soft -starters são: · Ajuste da tensão de partida por um tempo pré -definido; · Pulso de tensão na partida para cargas com alto conjugado de partida; · Redução rápida de tensão a um nível ajustável, (redução de choques hidráulicos em sistemas de bombeamento); · Proteção contra falta de fase, sob re-corrente e subcorrente, etc.
Os motores assíncronos trifásicos de rotor em gaiola apresentam picos de corrente e de conjugados indesejáveis quando em partida direta. Para facilit ar a partida são usados vários métodos, como chave estrela -triângulo, chave compensadora, etc. Estes métodos conseguem uma redução na corrente de partida, porém a comutação é por degraus de tensão. Entretanto, nenhum se compara com o método de partida suave (que utiliza o soft -starter).
Princípio de funcionamento O soft-starter é um equipamento eletrônico capaz de controlar a potência do motor no instante da partida, bem como sua frenagem. Ao contrário dos sistemas elétricos convencionais utilizados para essa função (partida com autotransformador, chave estrela-triângulo, etc.). Seu princípio de funcionamento baseia -se em componentes estáticos: tiristores.
Esquema de um soft-starter implementado com 6 tiristores para acionar um motor de indução trifásico (MIT) Através do ângulo de condução dos tiristores , a tensão na partida é reduzida, diminuindo os picos de corrente gerados pela inércia da carga mecânica. Um dos requisitos do soft-starter é controlar a potência do motor, sem, entretanto alterar sua freqüência (velocidade de rotação). Para qu e isso ocorra, o controle de disparo dos SCRs (tiristores) atua em dois pontos: controle por tensão zero e controle de corrente zero. O circuito de controle deve temporizar os pulsos de disparo a partir do último valor de zero da forma de onda, tanto da tensão como da corrente. O sensor pode ser
um transformador de corrente que pode ser instalado em uma única fase (nesse caso, o sistema mede somente o ponto de cruzamento de uma fase), ou um para cada fase. No circuito de potência, a tensão da r ede é controlada através de 6 tiristores, que possibilitam a variação do ângulo de condução das tensões que alimentam o motor. Para alimentação eletrônica interna, utiliza -se uma fonte linear com várias tensões, alimentada independente da potência. O cartão de controle contém os circuitos responsáveis pelo comando, monitoração e proteção dos componentes de potência. Esse cartão possui também circuitos de comando e sinalização a serem utilizados pelo usuário de acordo com sua aplicação, como sa ídas à relé. Para que a partida do motor ocorra de modo suave, o usuário deve parametrizar a tensão inicial (Vp) de modo que ela assuma o menos valor possível suficiente para iniciar o movimento da carga. A partir daí, a tensão subirá linearmen te segundo um tempo também parametrizado (tr) até atingir o valor nominal.
Curva de aceleração de um MIT usando soft -starter Na frenagem, a tensão deve ser reduzida instantaneamente a um valor ajustável (Vt), que deve ser parametrizado no nível em que o motor inicia a redução da rotação. A partir desse ponto, a tensão diminui linearmente (rampa ajustável (tr)) até a tensão final Vz, quando o motor parar de girar. Nesse instante, a tensão é desligada.
Curva de desaceleração de um MIT usando s oft-starter Além da tensão, o soft-starter também tem circuitos de controle de corrente. Ela é conservada num valor ajustável por um determinado intervalo de tempo. Esse recurso permite que cargas de alta inércia sejam aceleradas com a menor corrente possível, além de limitar a corrente máxima para partidas de motores em fontes limitadas (barramento não -infinito).
Alguns fabricantes projetam seus soft -starters para controlar apenas duas fases (R e S, por exemplo), utilizando a terceira como referênc ia. Essa técnica, que é mostrada na figura 6, simplifica o circuito de controle e, conseqüentemente, reduz o custo do produto.
Soft-starter com apenas duas fases controladas Recursos de um soft -starter Os soft-starters existentes no mercado (fabricados pela WEG, SIEMENS e outras) são equipados com interfaces homem -máquina, ou painel de LEDs para informar o status do sistema. Quanto aos recursos que um soft -starter deve ter, os mais importantes são : 1. proteção do motor; 2. sensibilidade à seqüência de fase; 3. plug-in; 4. circuitos de economia de energia. 1. Proteção do motor Normalmente, esses equipamentos também possuem relés eletrônicos de sobrecarga. Durante o tempo de operação (tr), um relé eletrônico de carga entra em operação quando necessário. O dispositivo pode ser configurado para dar proteção tanto para sobre -correntes (Ioc) quanto para sub -correntes (Iuc). Quando possível, utilizar para partidas de motores chaves soft-starter que possibilitem o ajuste do torque do motor às necessidades do torque da carga, de modo que a corrente absorvida será a mínima necessária para acelerar a carga. 2. Sensibilidade à sequencia de fase Os soft-starters podem ser configurados para operarem somente se a seqüência de fase estiver correta. Esse recurso assegura a proteção, principalmente mecânica, para cargas que não podem girar em sentido contrário (bombas, por exemplo). Quando há a necessidade de r eversão, podemos fazê-los com contatores externos ao soft-starter. 3. Plug-in O plug-in é um conjunto de facilidades que podem ser disponibilizadas no soft starter através de um módulo extra, ou através de parâmetros, como relé eletrônico,
frenagem CC ou AC, dupla rampa de aceleração para motores de duas velocidades e realimentação de velocidade para aceleração independente das flutuações de carga. 4.
Circuitos de economia de energia A maioria dos soft-starters modernos tem um circuito de economia de ener gia. Essa facilidade reduz a tensão aplicada para motores a vazio, diminuindo as perdas no entreferro, que são a maior parcela de perda nos motores com baixas cargas. Uma economia significante pode ser experimentada para motores que operam com cargas de até 50% da potência do motor. Entretanto, essa função gera correntes harmônicas indesejáveis na rede, devido a abertura do ângulo de condução para diminuição da tensão.
Aplicações Os soft-starters podem ser utilizados nas mais diversas aplicações. Suas principais são em: · Bombas centrífugas (saneamento, irrigação, petróleo); · Ventiladores, exaustores e sopradores; · Compressores de ar e refrigeração; · Misturadores e aeradores; · Britadores e moedores; · Picadores de madeira; · Refinadores de papel; · Fornos rotativos; · Serras e plainas (madeira); · Moinhos (bolas e martelo); · Transportadores de carga: Correias; Monovias; Escadas rolantes; Esteiras de bagagens em aeroportos; Linhas de engarrafamento. Porém, três delas são clássicas: bombas, compressores e ventiladores.
Conclusões Através dessa pesquisa, foi possível reforçar os conceitos dados em sala de aula sobre soft-starters. O emprego de soft starter propo rciona uma partida suave, pois evita trancos, fato que só beneficia o equipamento, devido à redução de esforços, eliminando choques mecânicos. Além disso, reduz o consumo de energia e aumenta consideravelmente a vida útil do equipamento, pois levará mais t empo para que ocorram desgastes. O seu manuseio já se encontra bastante facilitado, fazendo com que novos equipamentos sejam desenvolvidos e com tecnologias cada vez mais avançadas.
